Nas primeiras fases da vida, um pequeno embrião passa por transformações extraordinárias que traçam um plano para toda a estrutura do seu corpo. Esse processo, denominado formação do eixo embrionário, garante que órgãos e tecidos vitais se desenvolvam na posição correta. Os especialistas estudam há muito tempo os sinais que orientam este processo, particularmente o papel dos factores maternos que estabelecem as bases para o desenvolvimento normal. Uma das mais importantes é a proteína Huluwa, que desempenha um papel fundamental no desencadeamento de importantes vias de comunicação dentro das células. Essas vias permitem que as células enviem e recebam sinais que orientam sua função e posição no embrião em desenvolvimento. Embora os cientistas tenham entendido o papel do Calabash no desenvolvimento, até agora, o seu modo exato de ação permaneceu obscuro.
O professor Jing Chen, da Universidade de Sichuan, e colegas fizeram progressos significativos na compreensão de como os embriões de vertebrados estabelecem o eixo do seu corpo, um passo crítico no desenvolvimento inicial. Os investigadores identificaram interruptores moleculares específicos na cucurbitacina que controlam este processo, fornecendo informações valiosas sobre os mecanismos complexos que orientam o crescimento embrionário. A descoberta lança nova luz sobre como a sinalização da beta-catenina, um importante sistema de comunicação nas células que regula a atividade genética, é controlada durante a formação do eixo.
Os resultados da pesquisa do professor Chen publicados na Nature Communications mostram que um aminoácido (serina 168) na proteína Huluwa é crítico para ativar a sinalização da β-catenina. Os aminoácidos são os blocos de construção das proteínas e a serina 168 é um local chave de regulação. Este processo, em última análise, orienta a formação do eixo central do desenvolvimento do embrião do peixe-zebra e do Xenopus, garantindo a estrutura corporal correta.
A equipe do professor Chen descobriu que a mudança da serina 168 para um aminoácido diferente, a alanina, poderia impedir completamente a cabaça de desempenhar sua função. Esta alteração enfraquece a capacidade da proteína de se ligar a outras moléculas importantes, particularmente a tankyrase 1 e a tankyrase 2, duas enzimas que ajudam a controlar a estabilidade das proteínas envolvidas na sinalização celular. Como resultado, a Axin, uma proteína chave que desempenha um papel na regulação dos níveis de beta-catenina, não é decomposta conforme necessário, resultando na perturbação da sinalização da beta-catenina. Esta descoberta destaca a importância da serina 168 no desencadeamento de uma reação em cadeia que garante a formação correta do layout do corpo. Além disso, os pesquisadores descobriram várias enzimas responsáveis pela adição de grupos fosfato às proteínas, como a quinase 16 dependente de ciclina, a quinase 2 dependente de ciclina e a glicogênio sintase quinase 3β. Essas enzimas atuam como interruptores moleculares, ligando ou desligando proteínas para regular os processos celulares e ajudam as cabaças a desempenhar suas funções na formação do eixo.
“Este estudo mostra que a fosforilação da serina 168 (ou seja, a adição de um grupo fosfato à proteína) é crítica para o papel do Huluwa na sinalização da beta-catenina e na formação do eixo corporal”, explicou o professor Jing Chen. “Ao identificar esta mudança molecular, temos agora uma compreensão mais profunda de como a cabaça é controlada a nível celular, o que é fundamental para garantir o desenvolvimento embrionário normal”.
As descobertas têm implicações além do desenvolvimento inicial. Compreender como o modelo do corpo é construído poderia ter aplicações mais amplas na medicina, particularmente em terapias regenerativas, que envolvem a reparação ou substituição de tecidos danificados e condições que afetam os processos de desenvolvimento. A capacidade de modular a sinalização da β-catenina através de modificações moleculares direcionadas poderia abrir caminho para novos tratamentos médicos, especialmente nos casos em que as vias normais de crescimento são interrompidas.
O estudo do professor Chen sobre a fosforilação da Cucurbita fornece uma imagem mais clara de como um embrião desenvolve seu plano estrutural. Estudos futuros podem explorar se existem interruptores moleculares semelhantes em outros organismos ou se este mecanismo pode ser aplicado a processos biológicos relacionados. A descoberta marca um importante passo em frente na biologia do desenvolvimento, à medida que os cientistas continuam a descobrir as complexas interacções entre proteínas que moldam o início da vida.
Referência do diário
L., Gong Y, Gong B., Zheng Q., Zhou H., Sum J., L., Chen W., Chen W., Meng A., Natur Communication, 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-54450-4
Sobre o autor
Chen Jing, Ph.D., professor: Investigador Principal, Departamento de Cirurgia Pediátrica e Laboratório de Cirurgia Pediátrica, Hospital da China Ocidental, Universidade de Sichuan, Chengdu, China.
Sua pesquisa se concentra na biologia do desenvolvimento, especificamente nos mecanismos que regulam a formação, padronização e morfogênese dos eixos. O trabalho do Dr. Chen utiliza modelos de peixe-zebra/rato e técnicas biológicas avançadas para revelar as complexas redes reguladoras que controlam os processos de desenvolvimento, o que tem implicações importantes para a compreensão das doenças congênitas e da biologia do desenvolvimento como um todo. O trabalho pioneiro de Chen em biologia do desenvolvimento resultou em descobertas significativas, com pesquisas marcantes publicadas em ciência, Nature Communications, Genética Humana, Journal of Genetics and Genomics, Journal of Biochemistry, e Biologia Molecular e Evolução. Estas contribuições seminais avançaram fundamentalmente a nossa compreensão da regulação da morfogênese tridimensional.
